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宇航结构合金SCC的水环境试验成果

时间:2023-07-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:直到20世纪60年代中期,人们一直认为钛合金不会在水溶液环境中出现SCC。然而,在1966年,Brown[54]阐述了使用疲劳预裂纹试样评估钛合金和高强度钢在盐水环境中抗SCC特性的惊人结果。在3.5%的NaCl溶液和其他水溶液环境中进行的光滑及预裂纹钛合金样品试验[57]表明,几乎所有合金在没有裂纹的情况下在水溶液环境中都不会出现SCC[54,55]。作为上述结果的一个重要推论,在所有热处理条件下,MSFC/NASA/ESA对水溶液环境中钛合金的SCC光滑试样等级定为H[4,50,63]。

宇航结构合金SCC的水环境试验成果

直到20世纪60年代中期,人们一直认为钛合金不会在水溶液环境中出现SCC。这一观点基于光滑样品测试。然而,在1966年,Brown[54]阐述了使用疲劳预裂纹试样评估钛合金和高强度钢在盐水环境中抗SCC特性的惊人结果。钛合金的试验结果和Apollo计划中对钛合金压力容器(含四氧化二氮或甲醇[4,12,58,111])的试验失败,激发了更多的研究和开发(R&D)试验,以测试钛合金的SCC特性。试验集中在预裂纹断裂力学试样上,但也进行了光滑样本测试。

在3.5%的NaCl溶液和其他水溶液环境中进行的光滑及预裂纹钛合金样品试验[57]表明,几乎所有合金在没有裂纹的情况下在水溶液环境中都不会出现SCC[54,55]。早期在试验程序中发现的异常情况包括退火Ti-7Al-2Nb-1Ta[112,113],以及轧制和双相退火Ti-8Al-1Mo-1V[114,115],它们在有裂口时易受影响;以及逐步冷却的Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-8Mn和Ti-13V-11Cr-3Al,此类合金即使没有裂口也很容易受到腐蚀[114,116]。但是,目前这些合金均未用于航天器结构中,尽管双相退火的Ti-8Al-1Mo-1V已用于喷气发动机压缩机的叶片上,固溶处理和时效处理的Ti-13V-11Cr-3Al是现已退役的洛克希德SR-71飞机的主要蒙皮材料[117]

作为上述结果的一个重要推论,在所有热处理条件下,MSFC/NASA/ESA对水溶液环境中钛合金的SCC光滑试样等级定为H[4,50,63]。所列合金如下:

(1)MSFC/NASA:Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-6Al-4V、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-13V-11Cr-3-Al、IMI 550(Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si)。(www.xing528.com)

(2)ESA:Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V、Ti-13V-11Cr-3-Al、IMI 685(Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si)、IMI 829(Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.25Mo-0.3Si)。

除Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V和Ti-13V-11Cr-3外,其他列表均不同。前两种是广泛应用于航空航天结构和部件的α-β合金,尤其是Ti-6Al-4V;β合金Ti-13V-11Cr-3-Al已被新一代高强度、高韧性的β合金(包括Ti-10V-2Fe-3Al和Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al[118])所取代。

从前面的讨论中可以清楚地看出,光滑试样筛选试验对于确定钛合金在水介质中对应力腐蚀开裂的敏感性是没有作用的。取而代之的应是在预裂纹试样上进行试验,将其作为整体断裂力学评估的一部分,这一概念过程如图2所示。

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